光穩(wěn)定劑的作用及應(yīng)用有哪些？
光穩(wěn)定劑的作用及應(yīng)用有哪些？
一、光穩(wěn)定劑的定義和分類
我們都知道，塑料在加工和使用過程中，受到光、熱、氧化等內(nèi)外因素的影響，導(dǎo)致它會發(fā)生降解或交聯(lián)，使其性能變差、外觀發(fā)黃，最終失去使用價值。但發(fā)生老化最主要的原因是這些材料吸收了光能，特別是紫外線，然后產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)和自動氧化反應(yīng)，導(dǎo)致光降解，使產(chǎn)品外觀和物理機械性能變差，這一過程被稱為無氧老化或光老化，也稱為光氧化降解或光降解。光穩(wěn)定劑按作用機理可分為遮光劑、紫外線吸收劑、猝滅劑和自由基捕集基團四大類（其中，受阻胺光穩(wěn)定劑是自由基捕集劑中最主要的一種）。若按光穩(wěn)定劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，其市場份額順序為受阻胺、二苯甲酮、水楊酸、氰基丙烯酸酯等。
二、優(yōu)秀光穩(wěn)定劑的必要條件
1.能有效吸收或反射290～400nm波長范圍內(nèi)的紫外光，或能平滑猝滅被激發(fā)分子的能量，有足夠的捕捉自由基和分解過氧化氫的能力，即能有效遏制紫外光對材料光降解的影響，對材料的光降解以及材料原有的理化性能和加工性能無不良影響。
2.與目標(biāo)材料相容性好，即加工使用過程中不噴霜、不滲水。
3.自身穩(wěn)定性好，即在加工使用過程中熱穩(wěn)定性高，熱揮發(fā)損失少。
4.可見光吸收率低，不顯色，不變色，光穩(wěn)定性好，長時間曝曬下也不會受到損傷。
5.化學(xué)穩(wěn)定性好，不與材料中其他成分及環(huán)境中其他物質(zhì)發(fā)生不良化學(xué)反應(yīng)。
6.不與其他接觸物發(fā)生遷移，尤其是對食物和藥品。
7.與其他加工助劑有協(xié)同作用，而無反協(xié)同反應(yīng)，對材料加工機械無腐蝕作用。
8.材料加工、制造和使用過程中無毒或低毒，對人體無和動植物無害，對環(huán)境無污染，有良好的生物降解性和自然降解性。
9.無粉塵或低粉塵，使用和測量方便，價格低廉，適用范圍廣。
10.易在物料中溶解和分散。
光穩(wěn)定劑作用于許多化合物，但它們可以符合上述要求的商品很少，以上條件只能在選擇光穩(wěn)定劑時考慮，根據(jù)加工材料的種類和型號、其他添加劑品種、產(chǎn)品的用途和要求、加工設(shè)備和工藝，綜合權(quán)衡各種光穩(wěn)定劑的優(yōu)劣，最終選擇一種理想的光穩(wěn)定劑，或者兩個甚至更多小時的光穩(wěn)定劑搭配使用，從而發(fā)揮不同的優(yōu)勢，在材料光氧化的不同階段為產(chǎn)品提供多重保護(hù)，使產(chǎn)品的耐光老化壽命成倍的增長，甚至是幾倍或幾十倍。
三、光穩(wěn)定劑在聚乙烯中的配方
1.配方一：低密度聚乙烯（100），UV-531（0.25），UV-327（-），GW-540（-），光穩(wěn)定劑-2002（0.25），抗氧劑1010（-）
2.配方二：低密度聚乙烯（100），UV-531（-），UV-327（0.2），GW-540（-），光穩(wěn)定劑-2002（0.2），抗氧劑1010（-）
3.配方三：低密度聚乙烯（100），UV-531（-），UV-327（-），GW-540（0.3），光穩(wěn)定劑-2002（-），抗氧劑1010（0.1）
其中按配方一吹塑成型的（0.12+_0.02）mm厚的聚乙烯薄膜，在北京地區(qū)使用，自然曝曬一年，其伸長殘留率為縱向85.1％，橫向89％，按配方二吹塑成型的（0.12+_0.02）mm厚的聚乙烯薄膜，在北京地區(qū)使用，自然曝曬12個月，其伸長殘留率為縱向83％，橫向95％，按配方三吹塑成型的（0.12+_0.02）mm厚的聚乙烯薄膜，在北京地區(qū)使用，自然曝曬12個月，其伸長殘留率為縱向64.1％，橫向為78.2％。
四、光穩(wěn)定劑聚乙烯中的應(yīng)用
聚乙烯材料對紫外光的吸收能力較低，理論上不容易產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，但實際上在聚合加工過程中，會形成少量的氫過氧化物和結(jié)構(gòu)中含有羰基的雜質(zhì)，并且會產(chǎn)生老化，而老化對聚乙烯材料的性能影響還是很大的，因此，提高其耐老化性能至關(guān)重要。聚乙烯樹脂在陽光照射下發(fā)生氧化，屬于自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為了減緩樹脂的光氧化，需要加入光穩(wěn)定劑來阻斷連續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。“純”聚乙烯的飽和結(jié)構(gòu)不易吸收波長大于300nm的紫外線。但由于種種原因，用于聚合、熱加工和戶外使用，使得少量不飽和雙結(jié)構(gòu)、支化點、催化劑殘留等可被氧化的弱點和具有敏化作用的羰基發(fā)色團。光吸收紫外光和羰基聲發(fā)色團后羰基的氧化衰弱，羰基吸收紫外線后處于電子激發(fā)態(tài)，并向基態(tài)氧分子傳遞能量，生成單重態(tài)氧，單重態(tài)氧與聚乙烯分子中的不飽和鍵反應(yīng)，形成大分子氫過氧化物，氫過氧化物吸收紫外線后分解，其分解速度遠(yuǎn)快于其形成速度，產(chǎn)生自催化自由基反應(yīng)過程，形成大量羰基聚集，吸收紫外線后再次引起分子裂解斷裂，聚乙烯在光降解過程中也發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。由于氧在聚合物非晶區(qū)的擴散速率比晶區(qū)快，紫外線照射聚合物非晶區(qū)時分子鏈段更容易交聯(lián)，因此當(dāng)聚乙烯薄膜的厚度和結(jié)晶度降低時，分子鏈的交聯(lián)增加，也就促進(jìn)了非晶區(qū)凝膠的形成。
五、光穩(wěn)定劑在聚丙烯中的應(yīng)用
聚丙烯的光降解是由光和熱的協(xié)同作用引起的，陽光中的紫外線具有破壞聚合物化學(xué)鍵或引發(fā)自動氧化降解反應(yīng)的能量，從而使聚丙烯分子鏈斷裂，生成自由基或激發(fā)分子，形成氫過氧化物或羰基化合物或交聯(lián)，隨著羰基含量的增加，聚丙烯更容易發(fā)生光降解。光和氧引起的降解反應(yīng)不僅改變了產(chǎn)品的外觀，還會使其物理機械性能變差，最終使其失去使用功能。因此，為了抑制光降解，通常在聚丙烯樹脂中加入光穩(wěn)定劑。聚丙烯是發(fā)展最快的合成樹脂品種之一，與其它熱塑性塑料相比，聚丙烯具有良好的物理力學(xué)性能和加工性能，其制品用途更廣，價格相對較低。
我們在戶外使用的聚丙烯烯烴材料主要應(yīng)用聚丙烯纖維、聚丙烯裝飾板等工程產(chǎn)品。其中，聚丙烯纖維對光穩(wěn)定劑的要求最高，滿足聚丙烯纖維要求的光穩(wěn)定劑也能滿足聚丙烯裝飾板等工程產(chǎn)品的要求。為了抑制光降解反應(yīng)的問題，我們常在聚丙烯樹脂中加入光穩(wěn)定劑，如遮光劑、紫外吸收劑、自由基捕集劑等。
在眾多光穩(wěn)定劑中，受阻胺類光穩(wěn)定劑對聚丙烯的穩(wěn)定化效率最高，尤其是相對分子質(zhì)量較高的受阻胺類光穩(wěn)定劑對薄聚丙烯產(chǎn)品的穩(wěn)定化效果最高。二苯甲酮與聚丙烯具有良好的相容性，廣泛應(yīng)用于聚丙烯產(chǎn)品中。在聚丙烯產(chǎn)品中，尤其是大比表面積體積比的產(chǎn)品，如纖維、薄膜等，有機鎳配合物表現(xiàn)出優(yōu)異的光穩(wěn)定劑效果。一些吸收性光穩(wěn)定劑的有效性隨著產(chǎn)品厚度變薄而大大降低。新型受阻胺類光穩(wěn)定劑在聚丙烯中也有突出的穩(wěn)定化效果，特別是與吸收式光穩(wěn)定劑聯(lián)用時，效果更佳。在選擇受阻胺光穩(wěn)定劑時，首先要考慮受阻胺類光穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性能否滿足聚合物的加工溫度要求。
因此，受阻胺類光穩(wěn)定劑的高分子量和多功能備受業(yè)界關(guān)注，提高受阻胺類光穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性、與基體樹脂的相容性、耐遷移性和抗萃取性、降低毒性和揮發(fā)性已成為一個重要的發(fā)展方向和趨勢。對于受阻胺類光穩(wěn)定劑，僅用捕獲自由基的機理不能完美解釋其作用。它是一種捕集自由基的多功能穩(wěn)定劑，通過氫過氧化物的分解、激發(fā)態(tài)分子的猝滅、金屬離子的鈍化等機制來達(dá)到聚合物光穩(wěn)定性的目的。
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